Práctica Número 4 PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES


Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Culhuacán



Práctica Número 4
PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES
Grupo: 1EM2
Profesora:
Ing. Q. Irma Amador ZaragozA

Integrantes:

Flores Osornio Juan Francisco
González Rodríguez Juan Arturo
Amanda Nava Zarate
Serrano Robles Daniel AlfredO
1- OBJETIVOS

Que el alumno:

-observe cualitativamente la conductividad de algunos materiales y posteriormente determínela cuantitativamente

-clasifique los materiales empleados en la práctica como conductores y aislantes, basándose en las características que presentan

-relacione las propiedades eléctricas de los materiales empleados como conductores y aislantes en función del tipo de enlace químico que presentan

2- GENERALIDADES

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. 1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
CONDUCTORES:
Cualquier material que ofrezca poca resistencia al flujo de electricidad. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la deun buen aislante, como el vidrio o la mica. El fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a un temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones.
SEMICONDUCTORES
Son los materiales sólidos o líquidos capaces de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido.
AISLANTES:
Son materiales en los que las cargas se mueven con mucha dificultad y ofrecen una elevada resistencia al paso de la electricidad. Materiales: lana de madera, fibra de vidrio, yeso, caucho, lucita, ebonita, porcelana y algunos polímeros.




3-MATERIAL Y EQUIPO

Material y Equipo
●1 dispositivo para detectar conductividad
●14 vasos de precipitado de entre 100 ml y 150 ml
●1 piseta
●1 vaso de precipitado de 500 ml
●1 tabla
●1 medidor de conductividad digital
●1 milímetro


4- REACTIVOS

Reactivos
●Disolventes orgánicos (tolueno, xileno)
●Agua destilada
●Disoluciones 0.1 M sacarosa, clororu de litio, nitrato de cobre, acido sulfurico, cloruro
de aluminio cloruro de potasio, sulfato de cobre,cloruro de calcio,cloruro de niquel
●Agua mineral y refresco de cola (material que deben traer los alumnos por equipo)
●Materiales solidos fierro, plomo, aluminio, zinc, porcelana, madera, papel, plástico

5- METODOS DE OPERACION

1.-DETERMINACIÓN CUALITATIVA DE LA CONDUCTIVIDAD DE LAS DISOLUSIONES.
1.1 .-Rotular los vasos de precipitados con el nombre de las sustancias a experimentar. Adicionar 20 ml de la sustancia en el vaso que corresponda.
1.2 .-Coloque el material aislante sobre la mesa de trabajo (hoja de cartón) y sobre él ponga el dispositivo.
1.3 .-Tenga cuidado de que las puntas del dispositivo no hagan contacto con la mesa de trabajo
1.4.- Conecte el dispositivo a la corriente eléctrica, una de las puntas momentaneamente y observe que el foco encienda.
1.5.- Introduzca las terminales separadas en uno de los vasos que contiene la sustancia a experimentar y observe si el foco enciende y con que intensidad. Sáquelas inmediatamente.
1.6.- Desconecte el dispositivo.
1.7.- Realice el mismo procedimiento con lassoluciones restantes, lavando con agua y secando las terminales entre cada terminación.
1.8.- Al final de estas determinaciones desconecte el dispositivo.
2.- DETERMINACIÓN CUALITATIVA DE LA CONDUCTIVIDAD DE LOS MATERIALES SÓLIDOS.
2.1.- Conecte el dispositivo a la corriente eléctrica, una de las puntas momentáneamente y observe que el foco encienda.
2.2.- Coloque uno de los materiales sólidos sobre la hoja de cartón, con las puntas del dispositivo haga contacto con el material y observe si el foco enciende y con que intensidad.
2.3.- Realice el mismo procedimiento con los materiales sólidos restantes.
2.4.- Al final de estas determinaciones desconecte el dispositivo.
3-DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DE LA CONDUCTIVIDAD DE LAS DISOLUCIONES
3.1.- Conectar el electrodo del medidor de conductividad por la parte superior del equipo, teniendo cuidado de introducir correctamente los pines en la conexión y atornille bien para asegurar que haya una buena conexión.
3.2.- Mantenga presionado el botón ON/OFF MODE por 2s; los símbolos aparecerán en la pantalla líquida.
3.3.- Seleccione el modo de medición de conductividad (EC), presionando el botón SET/HOLD; en la pantalla líquida aparecerá el símbolo µs.
3.4.- Introduzca el electrodo al vaso que contiene la sustancia a experimentar, mueva el electrodo para eliminar cualquier burbuja de aire.
3.5.- Permita que se alcance el equilibrio térmico. El símbolo de inestabilidad (reloj) en la pantalla desaparecerá cuando la temperaturasea constante.
3.6.- Registre la conductividad (en µs) de cada disolución y enjuague el electrodo con agua destilada y séquelo.
3.7.- Realice el mismo procedimiento con las soluciones restantes.
3.8.- Presione el botón ON/OFF MODE para apagar el conducímetro.
3.9.- Al final seque el electrodo con una sanita.








6.- Tabla de datos obtenidos
Conductividad de los compuestos en disolución de mayor a menor conductividad

Nombre del compuesto
Intensidad del foco
Valor de la conductividad leído (µs)
Cloruro de litio
3
> 4000
Ácido Sulfúrico
3
> 4000
Cloruro de aluminio
3
> 4000
Cloruro de potasio
3
> 4000
Cloruro de calcio
3
> 4000
Cloruro de Sodio
3
> 4000
Cloruro de Níquel
3
> 4000
Nitrato de cobre
2
> 4000
Sulfato cobre
2
> 4000
Sacarosa
1
1665
Coca
1
1488
Agua
0
925
Xileno
0
---
Tolueno
0
---

Conductividad de los compuestos en estado solido

Nombre del compuesto
Intensidad del foco
Resistividad Ω
Aluminio
3
0.1
Zinc
3
0.2
Fierro
3
0.3
Plástico
0
Mucha
Plomo
3
0.1
Cerámica
0
Mucha
Papel
0
Mucha
Madera
0
Mucha


7.- Resultados obtenidos

Clasifique a los compuestos en estado sólido como conductor o aislante.
Conductores:
Aluminio
Zinc
Fierro
Plomo
Aislantes:
Plástico
Cerámica
Papel
Madera







CUESTIONARIO

1- ¿Qué tipo de enlace químico presentan los materiales conductores, semiconductores y aislantes?

Iónico, Covalente, no metálico

2- En base a las teorías de bandasrealice esquemas que muestren el comportamiento de los materiales como conductores o aislantes































3- ¿Que es un semiconductor: a) intrínseco b) tipo n c) tipo p?
a) en un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura tetraédrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energía necesaria para saltar a la banda de conducción dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia (1). Las energías requeridas, a temperatura ambiente, son de 1,12 eV y 0,67 eV para el silicio y el germanio respectivamente.
Obviamente el proceso inverso también se produce, de modo que los electrones pueden caer, desde el estado energético correspondiente a la banda de conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energía. A este fenómeno se le denomina recombinación. Sucede que, a una determinada temperatura, las velocidades de creación de pares e-h, y de recombinación se igualan, de modo que la concentración global de electrones y huecos permanece constante. Siendo "n" la concentración de electrones (cargas negativas) y "p" la concentración de huecos (cargas positivas), se cumple que: ni = n = p siendo ni la concentración intrínseca del semiconductor, función exclusiva de la temperatura y del tipo de elemento.

b)Un Semiconductor tipo N se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso negativos o electrones).
Cuando se añade el material dopante, aporta sus electrones más débilmente vinculados a los átomos del semiconductor. Este tipo de agente dopante es también conocido como material donante, ya que da algunos de sus electrones.

c) Un Semiconductor tipo P se obtiene llevando a cabo un proceso de dopado, añadiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres (en este caso positivos o huecos).
Cuando se añade el material dopante libera los electrones más débilmente vinculados de los átomos del semiconductor. Este agente dopante es también conocido como material aceptor y los átomos del semiconductor que han perdido un electrón son conocidos como huecos.
El propósito del dopaje tipo P es el de crear abundancia de huecos. En el caso del silicio, un átomo tetravalente (típicamente del grupo 14 de la tabla periódica) se le une un átomo con tres electrones de valencia, tales como los del grupo 13 de la tabla periódica (ej. Al, Ga, B, In), y se incorpora a la red cristalina en el lugar de un átomo de silicio, entonces ese átomo tendrá tres enlaces covalentes y un hueco producido que se encontrará en condición de aceptar un electrón libre.

4- ¿Que es un superconductor?
Un superconductor es un material que no opone resistencia al flujo de corriente eléctrica por él.La superconductividad es una propiedad presente en muchos metales y algunas cerámicas, que aparece a bajas temperaturas, caracterizada por la pérdida de resistividad a partir de cierta temperatura característica de cada material, denominada temperatura crítica

5-¿Describa el movimiento de los electrones a través de un conductor metálico y de una solución electrolítica (haga esquemas para su explicación)

EL MOVIMIENTO DE ELECTRONES A TRAVES DE UNA SOLUCION ELECTROLITICA.

DESCRIBA EL MOVIMIENTO DE LOS ELECTRONES A TRAVES DE UN CONDUCTOR METALICO Y DE UNA SOLUCION ELECTROLITICA. (ESQUEMAS)



















Observaciones
La practica se desarrollo sin ningun problema el unico problema fue cuando pasamos a medir sin eran conductores debido a que teniamos que tener mucho cuidado debido a que podriamos causar un corto o bien ponerlos en contacto con algún integrante del equipo.
La práctica fue bastante entretenida debido a que pudimos comprabar la conductividad de cada material
.
Conclusiones:
Se llegó a la conclusión que cada material y cada sustancia tiene su diferente conductividad y resistencia eléctrica. Con esto se puede saber mejor que material utilizar para diferentes cosas que quieras hacer. También nos sirve mucho porque debemos saber que material nos conviene utilizar para hacer circuitos eléctricos en nuestra carrera.

Bibliografía
http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor#Semiconductores_intr.C3.ADnsecos
http://www.astromia.com/glosario/superconductor.htm

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